專利名稱：一種小電流接地選線裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及小電流接地系統(tǒng)，為一種小電流接地選線裝置。
背景技術(shù)：
在小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障情況下，產(chǎn)生的零序電流非常小，怎樣及 時準確的選取故障線路成為難題。長期以來國內(nèi)外做了大量的研究工作，提出了許多選線 理論，推出了很多選線裝置，取得了一定的效果。但在實際工程應(yīng)用中仍存在諸多不足。AD轉(zhuǎn)換的精度對裝置的選線結(jié)果有著直接的影響。目前傳統(tǒng)選線裝置普遍采用8 位的AD，精度不夠高。不同的選線理論對AD轉(zhuǎn)換的速度的要求也不同，其中，利用故障暫態(tài) 信息選線的方法對AD轉(zhuǎn)換的要求較高。所以，目前的小電流選線裝置不能充分利用故障信 息的暫態(tài)分量。隨著采樣頻率的增高及復(fù)雜算法的應(yīng)用，對小電流接地選線裝置的數(shù)據(jù)處理能力 提出了更高的要求，并且由于小電流接地選線裝置要求處理器能夠?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進行實 時處理，傳統(tǒng)CPU已不能滿足對大數(shù)據(jù)量的實時處理需求。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的問題是現(xiàn)有的小電流接地裝置不能滿足使用需求，不能充 分利用故障信息的暫態(tài)分量，而且傳統(tǒng)裝置中的單CPU控制已不能滿足對大數(shù)據(jù)量的實時
處理需求。本實用新型的技術(shù)方案為一種小電流接地選線裝置，包括多路信號輸入接口、運 放調(diào)理電路、AD轉(zhuǎn)換模塊、中央處理單元、I/O接口、電源和人機交互接口，多路信號輸入接 口、運放調(diào)理電路、AD轉(zhuǎn)換模塊依次連接，AD轉(zhuǎn)換模塊、I/O接口和人機交互接口分別與中 央處理單元雙向連接，電源連接各個部分提供電源，其中中央處理單元為多處理器結(jié)構(gòu)，由 主控CPU芯片、DSP芯片、FPGA芯片、存儲器及外圍電路構(gòu)成，AD轉(zhuǎn)換模塊與DSP芯片連接， I/O接口與FPGA芯片連接，人機交互接口與主控CPU芯片連接。多路信號輸入接口與運放調(diào)理電路的連接之間設(shè)有TV/TA隔離電路。中央處理單元的主控CPU芯片還連接CAN、USB、RS_232、SPI和網(wǎng)絡(luò)接口。AD轉(zhuǎn)換模塊由多個并行的AD轉(zhuǎn)換器組成。本實用新型提供了一種能夠很好的滿足小電流接地選線系統(tǒng)的性能、可靠性、成 本、體積等要求的硬件平臺，專門針對小電流接地選線裝置的特點而提出，通過零序電流互 感器采集到的零序電壓電流信號由多路信號輸入接口輸入運放調(diào)理電路濾波，放大后送入 AD轉(zhuǎn)換模塊進行AD轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信號，把這些數(shù)字信號送入DSP芯片進行同步補償。由 于取消了采樣保持器，需要對AD的采樣數(shù)據(jù)進行采樣同步補償，且本實用新型的AD采樣頻 率高，數(shù)據(jù)量大，現(xiàn)有的微機在實時采樣、處理方面往往不能滿足實際應(yīng)用要求，本實用新 型設(shè)計了基于DSP芯片的高速數(shù)據(jù)處理單元，采用主控CPU構(gòu)成主從系統(tǒng)，較好的解決這類 問題。[0011]本實用新型采用多處理器結(jié)構(gòu)，取消了采樣保持器，通過DSP芯片實現(xiàn)采樣同步， 采樣頻率高，能夠充分利用故障信息，利用故障暫態(tài)信息的選線方法對AD轉(zhuǎn)換的速度要求 較高，暫態(tài)零序電流自由振蕩頻率可達幾千Hz，目前的小電流接地選線裝置采樣頻率普遍 較低，不能充分利用故障信息的暫態(tài)分量，為滿足暫態(tài)選線的技術(shù)要求，本實用新型高速數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)采樣頻率最大可達每工頻周波采樣512點，單線路的采樣頻率可達25. 6Hz。為 滿足多路信號的高速數(shù)據(jù)采集，本實用新型將模擬信號分為幾組，采用多AD并行的工作模 式，并由FPGA實現(xiàn)采樣時序邏輯的控制，每組有4個電壓通道和14個電流通道，分別負責 一段母線上的4路電壓信號和14路電流信號。本實用新型提高選線可靠性；結(jié)構(gòu)簡單，可 實現(xiàn)硬件的在線配置，適用于多種選線理論；體積小，低功耗，低成本，有利于大規(guī)模應(yīng)用； 模塊化的設(shè)計方法，使整個系統(tǒng)的安裝調(diào)試更加方便。

圖1為小電流接地選線硬件系統(tǒng)的構(gòu)成。圖2為高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖。
具體實施方式
如圖1，本實用新型包括多路信號輸入接口、運放調(diào)理電路、AD轉(zhuǎn)換模塊、中央處 理單元、I/O接口、電源和人機交互接口，多路信號輸入接口、運放調(diào)理電路、AD轉(zhuǎn)換模塊依 次連接，AD轉(zhuǎn)換模塊、I/O接口和人機交互接口分別與中央處理單元雙向連接，電源連接各 個部分提供電源，其中中央處理單元為多處理器結(jié)構(gòu)，由主控CPU芯片、DSP芯片、FPGA芯 片、存儲器及外圍電路構(gòu)成，AD轉(zhuǎn)換模塊與DSP芯片連接，I/O接口與FPGA芯片連接，人 機交互接口與主控CPU芯片連接。多路信號輸入接口與運放調(diào)理電路的連接之間設(shè)有TV/ TA隔離電路，I/O接口連接開關(guān)量接口。中央處理單元的主控CPU芯片還連接CAN、USB、 RS-232、SPI和網(wǎng)絡(luò)接口。下面說明本實用新型的具體實施方式
本實用新型由信號輸入、AD轉(zhuǎn)換、中央處理單元、運放調(diào)理、開關(guān)量輸入輸出、電源 以及人機交互接口等部分組成，各部分通過總線連接，如圖1所示，為滿足配電自動化后臺 監(jiān)測的要求，本實用新型還提供CAN、USB、RS-232、SPI和網(wǎng)絡(luò)接口，可完成組網(wǎng)、系統(tǒng)維護、 選線結(jié)果上報等功能。1信號處理流程通過零序電流互感器采集到的零序電壓電流信號由多路信號輸入接口經(jīng)過運放 調(diào)理電路濾波、放大后送入AD轉(zhuǎn)換模塊進行AD轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信號，把這些數(shù)字信號送入 DSP芯片進行同步補償，隨后的數(shù)據(jù)送入主控CPU芯片進行接地判斷，如有接地故障發(fā)生， 則運行選線算法，給出選線結(jié)果并保存。2高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括多輸入選擇開關(guān)，多個AD轉(zhuǎn)換器，與DSP、CPU、FPGA連接， 能根據(jù)實際情況通過CPU對可編程邏輯門陣列FPGP進行配置，調(diào)整輸入通道的數(shù)量及采樣 頻率。暫態(tài)零序電流千振蕩頻率很高，可達幾千Hz，為了滿足暫態(tài)選線的技術(shù)要求，高速數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)采樣頻率最大可達每工頻周波采樣512點，單線路的采樣頻率可達25. 6kHz。為滿足多路信號的高速數(shù)據(jù)采集，可將模擬信號分為幾組，采用多個AD轉(zhuǎn)換器并行的工作模 式，并由FPGA實現(xiàn)采樣時序邏輯的控制，每組有4個電壓通道和14個電流通道，分別負責 一段母線上的4路電壓信號和14路電流信號。系統(tǒng)示意圖如圖2所示。本實用新型取消了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集中的采樣保持器，采用由DSP芯片進行軟件補償 的方法進行采樣同步補償，進一步簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。由于系統(tǒng)的采樣頻率高，補償后的誤差 很小，不影響選線的精度。3中央處理單元中央處理單元由主控CPU、DSP、FPGA、存儲器及外圍器件構(gòu)成。DSP完成采樣數(shù)據(jù) 的同步補償并能根據(jù)實際的算法需要對采樣數(shù)據(jù)進行處理，并緩沖數(shù)據(jù)。FPGA實現(xiàn)邏輯控 制以及輸入輸出控制、包括數(shù)據(jù)采樣控制。由于取消了采樣保持器，需要對AD的采樣數(shù)據(jù)進行采樣同步補償，且本實用新型 的AD采樣頻率高，數(shù)據(jù)量大，現(xiàn)有的微機在實時采樣、處理方面往往不能滿足實際應(yīng)用要 求，而基于DSP的芯片的高速數(shù)據(jù)處理單元和主控CPU構(gòu)成主從系統(tǒng)能夠較好的解決這類 問題。FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和I/O引腳，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的邏輯。FPGA是由存放在片 內(nèi)的RAM進行編程。FPGA有多種配置模式，本系統(tǒng)中FPGA工作在外設(shè)模式，由主CPU對其 編程。FPGA的應(yīng)用，提高了系統(tǒng)的集成度，簡化了裝置的結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的可靠性。同時， 由于FPGA的現(xiàn)場可編程性，裝置可以根據(jù)需要對采樣頻率和信號通道數(shù)進行調(diào)整，是現(xiàn)系 統(tǒng)硬件的升級。
權(quán)利要求1.一種小電流接地選線裝置，其特征是包括多路信號輸入接口、運放調(diào)理電路、AD轉(zhuǎn) 換模塊、中央處理單元、I/O接口、電源和人機交互接口，多路信號輸入接口、運放調(diào)理電路、 AD轉(zhuǎn)換模塊依次連接，AD轉(zhuǎn)換模塊、I/O接口和人機交互接口分別與中央處理單元雙向連 接，電源連接各個部分提供電源，其中中央處理單元為多處理器結(jié)構(gòu)，由主控CPU芯片、DSP 芯片、FPGA芯片、存儲器及外圍電路構(gòu)成，AD轉(zhuǎn)換模塊與DSP芯片連接，I/O接口與FPGA芯 片連接，人機交互接口與主控CPU芯片連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小電流接地選線裝置，其特征是多路信號輸入接口與運 放調(diào)理電路的連接之間設(shè)有TV/TA隔離電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小電流接地選線裝置，其特征是中央處理單元的主控 CPU芯片還連接CAN、USB、RS-232、SPI和網(wǎng)絡(luò)接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種小電流接地選線裝置，其特征是AD轉(zhuǎn)換模塊由 多個并行的AD轉(zhuǎn)換器組成。
專利摘要一種小電流接地選線裝置，包括多路信號輸入接口、運放調(diào)理電路、AD轉(zhuǎn)換模塊、中央處理單元、I/O接口、電源和人機交互接口，多路信號輸入接口、運放調(diào)理電路、AD轉(zhuǎn)換模塊依次連接，AD轉(zhuǎn)換模塊、I/O接口和人機交互接口分別與中央處理單元雙向連接，電源連接各個部分提供電源，其中中央處理單元為多處理器結(jié)構(gòu)，由主控CPU芯片、DSP芯片、FPGA芯片、存儲器及外圍電路構(gòu)成，AD轉(zhuǎn)換模塊與DSP芯片連接，I/O接口與FPGA芯片連接，人機交互接口與主控CPU芯片連接。本實用新型提高選線可靠性；結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)硬件的在線配置，適用于多種選線理論；體積小，低功耗，低成本，有利于大規(guī)模應(yīng)用。
文檔編號G01R31/08GK201860099SQ20102060369
公開日2011年6月8日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者于揚, 林莘, 王益濤 申請人:南京因泰萊配電自動化設(shè)備有限公司